KR102658792B1 - Nonvolatile memory devices and methods of operating nonvolatile memory devices - Google Patents
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Abstract
비휘발성 메모리 장치는 메모리 셀 어레이, 페이지 버퍼 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 메모리 셀 어레이는 복수의 페이지들을 구비하고, 상기 복수의 페이지들은 각각 복수의 문턱 전압 산포들을 사용하여 복수의 데이터 비트들을 저장할 수 있는 복수의 메모리 셀들을 구비한다. 상기 페이지 버퍼 회로는 복수의 비트라인들을 통하여 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 센싱하며, 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 순차적인 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작과 제2 독출 동작을 수행하고, 상기 제1 독출 동작의 결과를 저장하는 래치를 각각 구비하는 복수의 페이지 버퍼들을 포함한다. 상기 제어 회로는 상기 페이지 버퍼들이 상기 제1 독출 동작의 결과를 저장하도록 제어하고, 상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어한다.A non-volatile memory device includes a memory cell array, page buffer circuit, and control circuit. The memory cell array includes a plurality of pages, and each of the pages includes a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. The page buffer circuit senses selected memory cells among the plurality of memory cells through a plurality of bit lines, and performs a first read operation and a second read operation including two sequential sensings to identify one data state. and a plurality of page buffers each having a latch for performing and storing the result of the first read operation. The control circuit controls the page buffers to store the results of the first read operation and controls the page buffers to perform the second read operation based on the valley searched according to the result of the first read operation. .
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비휘발성 메모리 장치 및 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법에 관한 것이다. The present invention relates to semiconductor memory devices, and more particularly, to non-volatile memory devices and methods of operating non-volatile memory devices.
반도체 메모리 장치(semiconductor memory device)는 실리콘(Si, silicon), 게르마늄(Ge, Germanium), 비화 갈륨(GaAs, gallium arsenide), 인화 인듐(InP, indium phospide) 등과 같은 반도체를 이용하여 구현되는 기억장치이다. 반도체 메모리 장치는 크게 휘발성 메모리 장치(Volatile Memory Device) 및 비휘발성 메모리 장치(Nonvolatile Memory Device)로 구분된다.A semiconductor memory device is a memory device implemented using semiconductors such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), and indium phospide (InP). am. Semiconductor memory devices are largely divided into volatile memory devices and nonvolatile memory devices.
휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되면 저장하고 있던 데이터가 소멸되는 메모리 장치이다. 비휘발성 메모리 장치는 전원 공급이 차단되어도 저장하고 있던 데이터를 유지하는 메모리 장치이다. A volatile memory device is a memory device in which the stored data is lost when the power supply is cut off. A non-volatile memory device is a memory device that retains stored data even when the power supply is cut off.
플래시 메모리는 저소음, 저전력, 빠른 동작 속도 등의 장점을 갖기 때문에, 다양한 분야에서 사용된다. 예를 들어, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 모바일 시스템은 스토리지 매체로서 대용량 플래시 메모리를 사용한다. 플래시 메모리의 용량을 증가시키기 위하여 하나의 메모리 셀에 적어도 2-비트 이상의 데이터를 저장하는 멀티 레벨셀(MLC; multi level cell)이 사용되고 있다. 하나의 메모리 셀에 적어도 2-비트 이상의 데이터를 저장하기 때문에 메모리 셀들의 읽기 마진이 감소하고 이로 인하여 독출된 데이터에 다수의 에러 비트들이 포함되게 된다.Flash memory has advantages such as low noise, low power, and fast operation speed, so it is used in various fields. For example, mobile systems such as smartphones and tablet PCs use large-capacity flash memory as a storage medium. To increase the capacity of flash memory, multi-level cells (MLC), which store at least 2-bit data in one memory cell, are being used. Since at least 2-bits of data are stored in one memory cell, the read margin of memory cells decreases, and as a result, a large number of error bits are included in the read data.
뿐만 아니라, 반도체 공정이 미세화됨에 따라 인접 메모리 셀들에 의한 프로그램 교란, 읽기 교란 등과 같은 물리적 요인으로 인하여 메모리 셀들로부터 독출한 데이터에 에러 비트들이 포함되게 된다. In addition, as semiconductor processes become more refined, error bits are included in data read from memory cells due to physical factors such as program disturbance and read disturbance by adjacent memory cells.
본 발명의 일 목적은 성능 및 데이터 신뢰성을 향상시킬 수 있는 비휘발성 메모리 장치를 제공하는데 있다.One object of the present invention is to provide a non-volatile memory device that can improve performance and data reliability.
본 발명의 일 목적은 성능 및 데이터 신뢰성을 향상시킬 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법을 제공하는데 있다.One purpose of the present invention is to provide a method of operating a non-volatile memory device that can improve performance and data reliability.
본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치는 메모리 셀 어레이, 페이지 버퍼 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 메모리 셀 어레이는 복수의 페이지들을 구비하고, 상기 복수의 페이지들은 각각 복수의 문턱 전압 산포들을 사용하여 복수의 데이터 비트들을 저장할 수 있는 복수의 메모리 셀들을 구비한다. 상기 페이지 버퍼 회로는 복수의 비트라인들을 통하여 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 센싱하며, 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 순차적인 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작과 제2 독출 동작을 수행하고, 상기 두 번의 센싱의 결과를 순차적으로 저장하는 래치를 각각 구비하는 복수의 페이지 버퍼들을 포함한다. 상기 제어 회로는 상기 페이지 버퍼들이 상기 제1 독출 동작의 결과를 저장하도록 제어하고, 상기 제1 독출 동작의 완료 후 상기 래치를 초기화하며, 상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어한다.Non-volatile memory devices according to embodiments of the present invention include a memory cell array, a page buffer circuit, and a control circuit. The memory cell array includes a plurality of pages, and each of the pages includes a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. The page buffer circuit senses selected memory cells among the plurality of memory cells through a plurality of bit lines, and performs a first read operation and a second read operation including two sequential sensings to identify one data state. and a plurality of page buffers each having a latch for sequentially storing the results of the two sensing operations. The control circuit controls the page buffers to store the result of the first read operation, initializes the latch after completion of the first read operation, and based on the valley searched according to the result of the first read operation. The page buffers are controlled to perform the second read operation.
본 발명의 실시예들에 따른 복수의 페이지들을 구비하고, 상기 복수의 페이지들은 각각 복수의 문턱 전압 산포들을 사용하여 복수의 데이터 비트들을 저장할 수 있는 복수의 메모리 셀들을 구비하는 메모리 셀 어레이를 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법에서는 복수의 비트라인들을 통하여 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들의 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하고, 상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 제2 독출 동작을 수행한다. 상기 두 번의 센싱 동작의 결과는 상기 복수의 비트라인들에 각각 연결되는 페이지 버퍼들 각각의 하나의 래치에 순차적으로 저장된다.A memory cell array comprising a plurality of pages according to embodiments of the present invention, wherein each of the plurality of pages includes a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. In a method of operating a non-volatile memory device, a first read operation is performed including two sensing to identify the data state of one of the memory cells selected from the plurality of memory cells through a plurality of bit lines, and the first read operation is performed. A second read operation is performed to identify the one data state based on the valley searched according to the result of the operation. The results of the two sensing operations are sequentially stored in one latch of each page buffer connected to each of the plurality of bit lines.
본 발명의 실시예들에 따른 복수의 페이지들을 구비하고, 상기 복수의 페이지들은 각각 복수의 문턱 전압 산포들을 사용하여 복수의 데이터 비트들을 저장할 수 있는 복수의 메모리 셀들을 구비하는 메모리 셀 어레이를 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법에서는, 상기 비휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러로부터 커맨드 및 어드레스 응답하여 상기 비휘발성 메모리 장치의 독출 설정을 판단하고, 상기 독출 설정이 노멀 독출 동작을 지시하는 경우에, 노멀 독출 조건에 따라 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 저장된 데이터 비트들을 감지하고, 상기 독출 설정이 밸리 탐색 독출 동작을 지시하는 경우에, 상기 선택된 메모리 셀들에 대하여 온-칩 밸리 서치 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 온-칩 밸리 서치 독출 동작은 상기 문턱 전압 산포들의 밸리를 탐색하고, 상기 탐색된 밸리를 기초로 상기 선택된 메모리 셀들에 저장된 데이터 비트들을 감지한다.A memory cell array comprising a plurality of pages according to embodiments of the present invention, wherein each of the plurality of pages includes a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. In a method of operating a non-volatile memory device, a read setting of the non-volatile memory device is determined in response to a command and an address from a memory controller controlling the non-volatile memory device, and when the read setting indicates a normal read operation, Data bits stored in selected memory cells among the plurality of memory cells are detected according to normal read conditions, and when the read setting indicates a valley search read operation, an on-chip valley search read operation is performed on the selected memory cells. The on-chip valley search read operation searches for a valley of the threshold voltage distributions and detects data bits stored in the selected memory cells based on the searched valley.
본 발명의 실시예들에 따르면, 온-칩 밸리 서치 독출 동작에서, 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 제2 그룹의 페이지 버퍼들에서 서로 다른 시작 시점을 가지는 비트라인 디벨롭 구간 동안에 센싱 노드를 순차적으로 두 번 센싱하고, 상기 센싱의 결과에 따른 온 셀들의 수를 카운팅하여 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 독출 동작을 수행하여 온-칩 자체적으로 독출 오류를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, in an on-chip valley search read operation, sensing nodes are sequentially connected during a bitline development period having different start points in the first group of page buffers and the second group of page buffers. senses twice, searches for a valley by counting the number of on-cells according to the sensing result, and performs a read operation based on the discovered valley, thereby reducing read errors and improving performance by the on-chip itself. there is.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 메모리 시스템에서 메모리 컨트롤러의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 메모리 시스템에서 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 메모리 셀 어레이의 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 하나(BLKi)를 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 3의 페이지 버퍼 회로에 포함되는 복수의 페이지 버퍼들 중 하나를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 제어 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 제어 회로에서 독출 제어 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 전압 생성기의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 페이지 버퍼 회로의 구성을 나타낸다.
도 12 및 도 13은 도 3의 메모리 셀 어레이의 하나의 페이지의 복수의 문턱 전압 산포들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 도 14에서 온-칩 밸리 서치 독출 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 도 14 및 도 15를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 서치 독출 동작의 예를 보여주는 타이밍도이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 서치 독출 동작의 예를 보여주는 타이밍도들이다.
도 20은 제2 그룹의 페이지 버퍼들에서의 래치의 상태를 나타낸다.
도 21은 제1 그룹의 페이지 버퍼들에서의 래치의 상태를 나타낸다.
도 22a 내지 도 22c는 온-칩 밸리 서치 독출의 제1 독출 동작에 따른 결과들을 나타낸다.
도 23은 메모리 셀의 일반적인 독출 방법을 보여주는 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 밸리 서치 리드 동작이 MSB 페이지에 적용되는 예를 타이밍도이다.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 에스에스디(SSD: solid state disk or solid state drive)를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a memory system according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a memory controller in the memory system of FIG. 1 according to embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a non-volatile memory device in the memory system of FIG. 1 according to embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a memory cell array in the non-volatile memory device of FIG. 3.
FIG. 5 is a circuit diagram showing one (BLKi) of the memory blocks (BLK1 to BLKz) of FIG. 4.
Figure 6 is a block diagram showing a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing one of a plurality of page buffers included in the page buffer circuit of FIG. 3.
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a control circuit in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a read control circuit in the control circuit of FIG. 8 according to embodiments of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a voltage generator in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
FIG. 11 shows the configuration of a page buffer circuit in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
FIGS. 12 and 13 are diagrams for explaining a plurality of threshold voltage distributions of one page of the memory cell array of FIG. 3 .
Figure 14 is a flowchart showing a method of operating a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing the on-chip valley search read operation in FIG. 14.
FIG. 16 is a diagram for explaining FIGS. 14 and 15.
Figure 17 is a timing diagram showing an example of an on-chip search read operation according to embodiments of the present invention.
Figures 18 and 19 are timing diagrams showing examples of on-chip search read operations according to embodiments of the present invention.
Figure 20 shows the status of latches in the second group of page buffers.
Figure 21 shows the status of latches in the first group of page buffers.
Figures 22A to 22C show results according to the first read operation of the on-chip valley search read.
Figure 23 is a diagram showing a general reading method of a memory cell.
Figure 24 is a timing diagram illustrating an example of an on-chip valley search read operation applied to an MSB page according to embodiments of the present invention.
Figure 25 is a flowchart showing a method of operating a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention.
Figure 26 is a block diagram showing a solid state disk (SSD) or solid state drive (SSD) according to embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a memory system according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 메모리 시스템(또는 저장 장치, 10)는 메모리 컨트롤러(100) 및 적어도 하나의 비휘발성 메모리 장치(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a memory system (or storage device) 10 may include a
실시예에 있어서, 메모리 컨트롤러(100) 및 비휘발성 메모리 장치(200) 각각은 하나의 칩, 하나의 패키지, 하나의 모듈 등으로 제공될 수 있다. 또는 메모리 컨트롤러(100) 및 비휘발성 메모리 장치(200)는 다양한 패키지들을 기반으로 실장되어 메모리 카드와 같은 저장 장치로 제공될 수 있다.In an embodiment, each of the
비휘발성 메모리 장치(200)는 메모리 컨트롤러(100)의 제어에 따라 소거, 기입 또는 독출 동작 등을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 비휘발성 메모리 장치(200)는 입출력 라인을 통해 커맨드(CMD), 어드레스(ADDR), 그리고 데이터(DATA)를 입력받는다. 또한, 비휘발성 메모리 장치(200)는 제어 라인을 통하여 제어 신호(CTRL)를 제공받을 수 있다. 또한 비휘발성 메모리 장치(200)는 메모리 컨트롤러(100)로부터 파워(PWR)를 제공받을 수 있다. The
비휘발성 메모리 장치(200)에 포함된 메모리 셀들은 프로그램 경과 시간, 온도, 프로그램 교란, 독출 교란 등과 같은 요인들로 인하여 문턱 전압 산포가 변화하는 물리적 특성을 갖는다. 즉, 상술된 요인들로 인하여 비휘발성 메모리 장치(200)에 저장된 데이터에 오류가 발생할 수 있다. 메모리 컨트롤러(100)는 이러한 오류들을 정정하기 위하여 다양한 에러 정정 기법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(100)는 에러 정정 코드(ECC; Error Correction Code) 엔진(120) 및 독출 관리 모듈(131)을 포함할 수 있다.Memory cells included in the
비휘발성 메모리 장치(200)에 대한 독출 동작시, 메모리 컨트롤러(100)는 기본 독출 전압 세트(default read voltage set)를 기반으로 비휘발성 메모리 장치(200)의 제1 페이지에 저장된 데이터를 읽을 수 있다. 예시적으로, 기본 독출 전압 세트는 미리 정해진 독출 전압들을 가리킨다. ECC 엔진(120)은 비휘발성 메모리 장치(200)로부터 독출한 데이터에 포함된 오류를 검출 및 정정할 수 있다. 예시적으로, ECC 엔진(120)은 하드웨어 형태로 제공될 수 있다.During a read operation on the
예를 들어, 상술된 요인들 또는 다른 외부 요인들로 인하여 ECC 엔진(120)의 오류 정정 능력을 초과하는 에러 비트가 데이터에 포함될 수 있다. 이 경우, ECC 엔진(120)은 데이터에 포함된 오류를 정정하지 못할 것이다. 이러한 에러는 'UECC(Uncorrectable Error Correction Code) 에러'라 불린다.For example, error bits that exceed the error correction capability of the
예를 들어, 기본 독출 전압 세트를 기반으로 독출된 데이터에 UECC 에러가 포함된 경우, 독출 관리 모듈(131)은 비휘발성 메모리 장치(200)의 독출 전압 세트를 조절할 수 있다. 메모리 컨트롤러(100)는 조절된 독출 전압 세트를 기반으로 비휘발성 메모리 장치(200)가 독출 동작을 수행하도록 어드레스(ADDR), 커맨드(CMD), 및 제어 신호(CTRL)를 전송할 수 있다. 예를 들어, 조절된 독출 전압 세트에 대한 정보는 제어 신호(CTRL) 또는 커맨드(CMD)에 포함될 수 있다. ECC 엔진(120)은 조절된 독출 전압 세트에 의해 독출된 데이터의 오류를 검출 및 정정할 수 있다.For example, if data read based on the basic read voltage set includes a UECC error, the
예를 들어, 독출 관리 모듈(131)은 미리 정해진 횟수만큼 독출 전압 세트를 조절하고, ECC 엔진(120)은 조절된 독출 전압 세트를 기반으로 독출된 데이터의 오류를 검출 및 정정할 수 있다. 즉, 메모리 컨트롤러(100)는 독출 전압 세트 조절, 조절된 독출 전압 세트를 기반으로 데이터 독출 동작 및 독출된 데이터의 오류 정정 동작을 미리 정해진 횟수만큼 반복적으로 수행할 수 있다. For example, the
예를 들어, 상술된 반복 동작 중 독출된 데이터의 오류가 정정된 경우, 메모리 컨트롤러(100)는 정정된 데이터를 외부의 호스트로 출력할 수 있다. 예를 들어, 독출 관리 모듈(131)에 의해 독출 동작이 반복 수행되는 동안, 독출 데이터 또는 독출 데이터의 특정 페이지 데이터는 도 2의 버퍼(130)에 저장될 수 있다. 상기 버퍼(130)는 SRAM일 수 있다.For example, when an error in data read during the above-described repetitive operation is corrected, the
비휘발성 메모리 장치(200)는 메모리 셀 어레이의 선택된 제1 페이지에 대한 독출 동작시, 두번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하여 밸리를 탐색하고, 상기 탐색된 밸리를 기초로 하는 제2 독출 동작을 수행하여 메모리 컨트롤러(100)의 개입없이 문턱 전압 산포의 변화에 따른 독출 전압 레벨을 자체적으로 조절할 수 있다. During a read operation on the selected first page of the memory cell array, the
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 메모리 시스템에서 메모리 컨트롤러의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a memory controller in the memory system of FIG. 1 according to embodiments of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 메모리 컨트롤러(100)는 버스(105)를 통하여 서로 연결되는 프로세서(110) ECC 엔진(120), 버퍼(130), 독출 관리 모듈(131), 랜더마이저(140), 호스트 인터페이스(150), 롬(160) 및 비휘발성 메모리 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , the
ECC 엔진(120), 버퍼(130) 및 독출 관리 모듈(131)은 도 1를 참조하여 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.Since the
프로세서(110)는 메모리 컨트롤러(100)의 제반 동작을 제어한다. 예를 들어, 독출 관리 모듈(131)은 소프트웨어 형태로 제공되며, 버퍼(130)에 저장될 수 있다. 버퍼(130)에 저장된 독출 관리 모듈(131)은 프로세서(110)에 의해 구동될 수 있다. ROM(160)은 메모리 컨트롤러(100)가 동작하는데 요구되는 다양한 정보를 펌웨어 형태로 저장할 수 있다.The
랜더마이저(140)는 비휘발성 메모리 장치(200)에 저장될 데이터를 랜더마이징(randomizing)할 수 있다. 예를 들어, 랜더마이저(140)는 비휘발성 메모리 장치(200)에 저장될 데이터를 워드 라인 단위로 랜더마이징할 수 있다.The
예를 들어, 데이터 랜더마이징은 하나의 워드라인에 연결된 메모리 셀들이 동일한 비율의 프로그램 상태를 갖도록 데이터를 처리하는 것을 가리킨다. 예를 들어, 하나의 워드라인에 연결된 메모리 셀들이 각각 2-비트의 데이터를 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC; Multi Level Cell)인 경우, 메모리 셀들 각각은 소거 상태 및 제 1 내지 제3 프로그램 상태들 중 어느 하나의 상태를 가질 것이다. For example, data randomizing refers to processing data so that memory cells connected to one word line have the same ratio of program states. For example, when the memory cells connected to one word line are multi-level cells (MLC; Multi Level Cell) that each store 2-bit data, each of the memory cells is in an erase state and first to third program states. It will have one of the following states:
이 때, 랜더마이저(140)는 하나의 워드라인에 연결된 메모리 셀들 중 소거 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 제1 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 제2 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 및 제3 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수가 서로 동일하도록 데이터를 랜더마이징할 수 있다. 즉, 랜더마이징된 데이터(randomized data)가 저장된 메모리 셀들은 실질적으로 서로 동일한 개수의 프로그램 상태들을 가질 것이다. 예시적으로, 랜더마이저(140)는 비휘발성 메모리 장치(200)로부터 읽은 데이터를 디랜더마이저할 수 있다.At this time, the
예를 들어, 랜더마이저(140)는 페이지 데이터를 랜더마이징할 수 있다. 예시적으로, 간결한 설명을 위하여 이상적인(ideal) 랜더마이저(140)의 구성이 설명되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 실제 랜더마이저(140)는 하나의 워드라인에 연결된 메모리 셀들 중 소거 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 제1 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 제2 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수, 및 제3 프로그램 상태를 갖는 메모리 셀들의 개수가 실질적으로 서로 동일한 값에 가깝도록 데이터를 랜더마이징할수 있다. 즉, 실제 랜더마이징된 데이터(randomized data)가 저장된 메모리 셀들은 실질적으로 서로 비슷한 개수의 프로그램 상태들을 가질 수 있다.For example, the
메모리 컨트롤러(100)는 호스트 인터페이스(150)를 통해 호스트와 통신할 수 있다. 예를 들어, 호스트 인터페이스(150)는 USB (Universal Serial Bus), NVMe(Nonvolatile Memory-express), UFS(Universal Flash Storage Interface) 등과 같은 다양한 인터페이스들 중 적어도 하나로 제공될 수 있다. 메모리 컨트롤러(100)는 비휘발성 메모리 인터페이스(170)를 통해 비휘발성 메모리 장치(200)와 통신할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 도 1의 메모리 시스템에서 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다. FIG. 3 is a block diagram illustrating a non-volatile memory device in the memory system of FIG. 1 according to embodiments of the present invention.
도 3을 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(200)는 메모리 셀 어레이(300), 어드레스 디코더(405), 페이지 버퍼 회로(410), 데이터 입출력 회로(480), 셀 카운터(490), 제어 회로(500) 및 전압 생성기(700)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the
메모리 셀 어레이(300)는 스트링 선택 라인(SSL), 복수의 워드 라인들(WLs) 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 어드레스 디코더(405)와 연결될 수 있다. 또한, 메모리 셀 어레이(300)는 복수의 비트 라인들(BL1~BL2n))을 통해 페이지 버퍼 회로(410)와 연결될 수 있다. 메모리 셀 어레이(300)는 복수의 워드 라인들(WLs) 및 복수의 비트 라인들(BLs)에 연결되는 복수의 메모리 셀들을 포함할 수 있다.The
실시예에 있어서, 메모리 셀 어레이(300)는 기판 상에 삼차원 구조(또는 수직 구조)로 형성되는 삼차원(three dimensional) 메모리 셀 어레이일 수 있다. 이 경우, 메모리 셀 어레이(300)는 서로 적층되어 형성되는 복수의 메모리 셀들을 포함하는 수직 메모리 셀 스트링들을 포함할 수 있다. In an embodiment, the
도 4는 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 메모리 셀 어레이의 예를 나타내는 블록도이다. FIG. 4 is a block diagram showing an example of a memory cell array in the non-volatile memory device of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 메모리 셀 어레이(300)는 복수의 메모리 블록들(BLK1~BLKz)을 포함한다. 실시예에 있어서, 메모리 블록들(BLK1~BLKz, z는 3이상의 자연수)은 도 3에 도시된 어드레스 디코더(405)에 의해 선택된다. 예를 들면, 어드레스 디코더(405)는 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 블록 어드레스에 대응하는 메모리 블록(BLK)을 선택할 수 있다.Referring to FIG. 4, the
도 5는 도 4의 메모리 블록들(BLK1~BLKz) 중 하나(BLKi)를 나타내는 회로도이다. FIG. 5 is a circuit diagram showing one (BLKi) of the memory blocks (BLK1 to BLKz) of FIG. 4.
도 5에 도시된 메모리 블록(BLKi)은 기판 상에 삼차원 구조로 형성되는 삼차원 메모리 블록을 나타낸다. 예를 들어, 메모리 블록(BLKi)에 포함되는 복수의 메모리 셀 스트링들은 상기 기판과 수직한 방향으로 형성될 수 있다.The memory block BLKi shown in FIG. 5 represents a three-dimensional memory block formed in a three-dimensional structure on a substrate. For example, a plurality of memory cell strings included in the memory block BLKi may be formed in a direction perpendicular to the substrate.
도 5를 참조하면, 메모리 블록(BLKi)은 비트 라인들(BL1, BL2, BL3)과 공통 소스 라인(CSL) 사이에 연결되는 복수의 메모리 셀 스트링들(NS11~NS33)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the memory block BLKi may include a plurality of memory cell strings NS11 to NS33 connected between the bit lines BL1, BL2, and BL3 and the common source line CSL.
복수의 메모리 셀 스트링들(NS11~NS33) 각각은 스트링 선택 트랜지스터(SST), 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8) 및 접지 선택 트랜지스터(GST)를 포함할 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)에 연결될 수 있다. 복수의 메모리 셀들(MC1, MC2, ..., MC8)은 각각 상응하는 워드 라인(WL1, WL2, ..., WL8)에 연결될 수 있다. 접지 선택 트랜지스터(GST)는 상응하는 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3)에 연결될 수 있다. 스트링 선택 트랜지스터(SST)는 상응하는 비트 라인(BL1, BL2, BL3)에 연결되고, 접지 선택 트랜지스터(GST)는 공통 소스 라인(CSL)에 연결될 수 있다. 동일 높이의 워드 라인(예를 들면, WL1)은 공통으로 연결되고, 접지 선택 라인(GSL1, GSL2, GSL3) 및 스트링 선택 라인(SSL1, SSL2, SSL3)은 각각 분리될 수 있다. Each of the plurality of memory cell strings (NS11 to NS33) may include a string selection transistor (SST), a plurality of memory cells (MC1, MC2, ..., MC8), and a ground selection transistor (GST). The string select transistor (SST) may be connected to the corresponding string select line (SSL1, SSL2, SSL3). A plurality of memory cells (MC1, MC2, ..., MC8) may each be connected to corresponding word lines (WL1, WL2, ..., WL8). The ground select transistor (GST) may be connected to the corresponding ground select line (GSL1, GSL2, GSL3). The string select transistor (SST) may be connected to the corresponding bit lines (BL1, BL2, BL3), and the ground select transistor (GST) may be connected to the common source line (CSL). Word lines (eg, WL1) of the same height may be connected in common, and ground selection lines (GSL1, GSL2, GSL3) and string selection lines (SSL1, SSL2, SSL3) may be separated from each other.
다시 도 3을 참조하면, 제어 회로(500)는 메모리 컨트롤러(100)로부터 커맨드 신호(CMD) 및 어드레스 신호(ADDR)를 수신하고, 커맨드 신호(CMD) 및 어드레스 신호(ADDR)에 기초하여 비휘발성 메모리 장치(200)의 소거 루프, 프로그램 루프 및 독출 동작을 제어할 수 있다. 여기서 프로그램 루프는 프로그램 동작과 프로그램 검증 동작을 포함할 수 있고, 소거 루프는 소거 동작과 소거 검증 동작을 포함할 수 있다. Referring again to FIG. 3, the
예를 들어, 제어 회로(500)는 커맨드 신호(CMD)에 기초하여 전압 생성기(700)를 제어하기 위한 제어 신호들(CTLs), 페이지 버퍼 회로(410)를 제어하기 위한 페이지 버퍼 제어 신호(PCTL)를 생성하고, 어드레스 신호(ADDR)에 기초하여 로우 어드레스(R_ADDR) 및 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 생성할 수 있다. 제어 회로(500)는 로우 어드레스(R_ADDR)를 어드레스 디코더(405)에 제공하고, 컬럼 어드레스(C_ADDR)를 데이터 입출력 회로(420)에 제공할 수 있다. For example, the
어드레스 디코더(405)는 스트링 선택 라인(SSL), 복수의 워드 라인들(WLs) 및 접지 선택 라인(GSL)을 통해 메모리 셀 어레이(300)와 연결될 수 있다. 프로그램 동작 또는 독출 동작 시, 어드레스 디코더(405)는 제어 회로(500)로부터 제공되는 로우 어드레스(R_ADDR)에 기초하여 복수의 워드 라인들(WLs) 중의 하나를 선택 워드라인으로 결정하고, 복수의 워드 라인들(WLs) 중에서 선택 워드라인을 제외한 나머지 워드 라인들을 비선택 워드라인들로 결정할 수 있다.The
전압 생성기(700)는 제어 회로(500)로부터 제공되는 제어 신호들(CTLs)에 기초하여 비휘발성 메모리 장치(200)의 동작에 필요한 워드 라인 전압들(VWLs)을 생성할 수 있다. 전압 생성기(700)로부터 생성되는 워드 라인 전압들(VWLs)은 어드레스 디코더(430)를 통해 복수의 워드 라인들(WLs)에 인가될 수 있다. The
예를 들어, 소거 동작 시, 전압 생성기(700)는 메모리 블록의 웰에 소거 전압을 인가하고 메모리 블록의 모든 워드라인들에 접지 전압을 인가할 수 있다. 소거 검증 동작 시, 전압 생성기(700)는 하나의 메모리 블록의 모든 워드라인들에 소거 검증 전압을 인가하거나 워드라인 단위로 소거 검증 전압을 인가할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 동작 시, 전압 생성기(700)는 선택 워드라인에 프로그램 전압을 인가하고, 비선택 워드라인들에는 프로그램 패스 전압을 인가할 수 있다. 또한 프로그램 검증 동작 시, 전압 생성기(700)는 선택 워드라인에 프로그램 검증 전압을 인가하고, 비선택 워드라인들에는 검증 패스 전압을 인가할 수 있다. 또한, 독출 동작 시, 전압 생성기(700)는 선택 워드라인에 기본 독출 전압을 인가하고, 비선택 워드라인들에는 독출 패스 전압을 인가할 수 있다. For example, during an erase operation, the
페이지 버퍼 회로(410)는 복수의 비트 라인들(BLs)을 통해 메모리 셀 어레이(300)와 연결될 수 있다. 페이지 버퍼 회로(410)는 복수의 페이지 버퍼를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 페이지 버퍼들은 제1 그룹의 비트라인들에 연결되는 제1 그룹의 페이지 버퍼들 및 제2 그룹의 비트라인들에 연결되는 제2 그룹의 페이지 버퍼들로 구분될 수 있다. 페이지 버퍼 회로(410)는 프로그램 동작 시 선택된 페이지에 프로그램될 데이터를 임시로 저장하고, 독출 동작 시 선택된 페이지로부터 독출된 데이터를 임시로 저장할 수 있다. The
제1 그룹의 페이지 버퍼들과 제2 그룹의 페이지 버퍼들은 각각 적어도 하나의 래치를 포함할 수 있고, 선택된 메모리 셀들의 데이터 상태를 식별하기 위하여 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작과 제2 독출 동작을 수행할 수 있다. 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 제2 그룹의 페이지 버퍼들은 서로 다른 디벨롭 시작 시점에서 시작되는 디벨롭 구간에서 순차적인 제1 센싱과 제2 센싱을 동시에 수행하고, 제2 센싱의 결과를 셀 카운터(490)에 제공할 수 있다. The first group of page buffers and the second group of page buffers may each include at least one latch, and a first read operation and a second read operation including two sensing to identify the data state of the selected memory cells. The action can be performed. The page buffers of the first group and the page buffers of the second group simultaneously perform sequential first and second sensing in a development section starting at different development start points, and the results of the second sensing are stored in a cell counter. It can be provided at (490).
셀 카운터(490)는 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각에서 제공되는 센싱의 결과를 카운팅하여 특정 문턱 전압 범위의 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들의 수(nC)를 제어 회로(500)에 제공할 수 있다. 제어 회로(500)는 셀 카운터(490)에서 제공되는 메모리 셀들의 수(nC)를 비교하고, 비교한 결과에 기초하여 문턱 전압 산포의 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 제2 독출 동작을 수행하도록 페이지 버퍼 회로(410)를 제어할 수 있다. The
데이터 입출력 회로(420)는 페이지 버퍼 회로(410)와 연결될 수 있다. 프로그램 동작 시, 데이터 입출력 회로(420)는 메모리 컨트롤러(100)로부터 프로그램 데이터(DATA)를 수신하고, 제어 회로(500)로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 프로그램 데이터(DATA)를 페이지 버퍼 회로(410)에 제공할 수 있다. 독출 동작 시, 데이터 입출력 회로(420)는 제어 회로(500)로부터 제공되는 컬럼 어드레스(C_ADDR)에 기초하여 페이지 버퍼 회로(410)에 저장된 독출 데이터(DATA)를 상기 메모리 컨트롤러(100)에 제공할 수 있다. The data input/output circuit 420 may be connected to the
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치를 나타내는 블록도이다. Figure 6 is a block diagram showing a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention.
도 3은 비휘발성 메모리 장치(200)에 연결되는 여러 구성을 동시에 나타내는 블록도인 반면에, 도 6은 도 3의 메모리 셀 어레이(300)를 구성하는 복수의 플레인들, 페이지 버퍼 회로(410) 및 제어 회로(500)의 연결관계를 나타내는 블록도이다. 도 3과 중복되는 설명은 생략한다.While FIG. 3 is a block diagram simultaneously showing several components connected to the
도 3 및 도 6을 참조하면, 메모리 셀 어레이(300)는 복수의 플레인들(PLN1~PLN16)을 포함할 수 있다. 페이지 버퍼 회로(410)는 플레인들(PLN1~PLN16)에 대응되는 복수의 서브 페이지 버퍼 그룹들(SPBG1~SPBG16)을 포함할 수 있다. 서브 페이지 버퍼 그룹들(SPBG9~SPBG16)에 포함되는 페이지 버퍼들은 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)을 구성할 수 있고, 서브 페이지 버퍼 그룹들(SPBG1~SPBG8)에 포함되는 페이지 버퍼들은 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)을 구성할 수 있다. 제어 회로(500)는 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)에는 제1 비트라인 셋-업 신호(BLSTP1)를 인가하고, 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)에는 제2 비트라인 셋-업 신호(BLSTP2)를 인가하여, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)은 제1 시점에서 비트라인 디벨롭을 시작하고, 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)은 제2 시점보다 늦은 제2 시점에서 비트라인 디벨롭을 시작하게 할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 6 , the
도 7은 도 3의 페이지 버퍼 회로에 포함되는 복수의 페이지 버퍼들 중 하나를 나타내는 회로도이다.FIG. 7 is a circuit diagram showing one of a plurality of page buffers included in the page buffer circuit of FIG. 3.
도 7를 참조하면, 페이지 버퍼(PB)는 프리차지 회로(430), 스위치 회로(435) 및 감지 및 래치 회로(440)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the page buffer (PB) may include a
페이지 버퍼(PB)의 프리차지 회로(430), 스위치 회로(435) 및 감지 및 래치 회로(440)는 제어 회로(500)의 제어 신호(PBC)에 응답하여 동작한다. 제어 신호(PBC)는 로드 신호(LOAD), 비트라인 셋-업 신호(BLSTP1), 비트라인 전압 제어 신호(BLSHF), 비트라인 선택 신호(BLSLT), 실드 신호(SHLD) 및 리프레쉬 신호(RFR) 등을 포함한다.The
프리차지 회로(430)는 센싱 노드(SO)에 프리차지 전압(Vdd)을 공급한다. 프리차지 회로(430)는 프리차지 전압(Vdd)과 센싱 노드(SO) 사이에 직렬로 연결되는 제1 피모스 트랜지스터(431) 및 제2 피모스 트랜지스터(432)를 포함한다. 제1 피모스 트랜지스터(431)는 로드 신호(LOAD)에 응답하여 온/오프 되고, 제2 피모스 트랜지스터(432)는 비트라인 셋-업 신호(BLSTP1)에 응답하여 온/오프될 수 있다.The
스위치 회로(435)는 트랜지스터들(M1, M2, M3)을 포함할 수 있다. 트랜지스터(M1)는 비트라인 전압 제어 신호(BLSHF)에 응답하여 소정의 전압 레벨로 비트라인(BL)을 프리차지한다. 트랜지스터(M2)는 비트라인 선택 신호(BLSLT)에 응답하여 비트 라인(BL)을 선택한다. 트랜지스터(M3)는 실드 신호(SHLD)에 응답하여 비트 라인(BL)을 방전한다.The
감지 및 래치 회로(440)는 센싱 노드(SO)의 전압 레벨을 검출한다. 검출된 센싱 노드(SO)의 전압 레벨에 따라 데이터가 래치된다. 감지 및 래치 회로(440)는 래치(441) 및 엔모스 트랜지스터들(MT1~MT4)을 포함할 수 있다. The sensing and
래치(441)는 인버터들(INV1, INV2)을 포함할 수 있다. 엔모스 트랜지스터들(MT1, MT3)는 제1 노드(N11)와 접지 전압 사이에 연결되고, 엔모스 트랜지스터들(MT2, MT4)는 제2 노드(N12)와 접지 전압 사이에 연결된다. 엔모스 트랜지스터(MT1)의 게이트에는 세트 신호(SET)가 인가되고, 엔모스 트랜지스터(MT2)의 게이트에는 리셋 신호(RST)가 인가되고, 엔모스 트랜지스터(MT3)의 게이트에는 리프레쉬 신호(RFR)가 인가되고, 트랜지스터(MT4)의 게이트는 센싱 노드(SO)에 연결될 수 있다. 감지 및 래치 회로(440)는 제어 신호(PBC)에 포함되는 제어 신호들(SET, RST, RFR)에 응답하여 동작한다. The
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 제어 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a control circuit in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
도 8을 참조하면, 제어 회로(500)는 커맨드 디코더(510), 어드레스 버퍼(520), 제어 신호 생성기(530) 및 독출 제어 회로(540)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
커맨드 디코더(510)는 커맨드 신호(CMD)를 디코딩하여 디코딩된 커맨드(D_CMD)를 제어 신호 생성기(530)에 제공할 수 있고, 디코딩된 커맨드(D_CMD)가 독출 커맨드인 경우에 디코딩된 커맨드(D_CMD)를 독출 제어 회로(540)에 제공할 수 있다.The
어드레스 버퍼(520)는 어드레스 신호(ADDR)를 수신하고, 어드레스 신호(ADDR) 중 로우 어드레스(R_ADDR)는 어드레스 디코더(430)에 제공하고 컬럼 어드레스(C_ADDR)는 데이터 입출력 회로(420)에 제공할 수 있다. The
독출 제어 회로(540)는 셀 카운터(490)로부터 특정 문턱 전압 영역 내의 메모리 셀들의 수(nC)를 수신하고, 제1 영역의 메모리 셀들의 제1 수와 제2 영역의 메모리 셀들의 제2 수를 비교하고, 비교의 결과에 따른 판정 신호(DS)를 제어 신호 생성기(530)에 제공할 수 있다.The
제어 신호 생성기(530)는 디코딩된 커맨드(D_CMD)와 판정 신호(DS)를 수신하고, 디코딩된 커맨드(D_CMD)가 지시하는 동작에 기초하여 제어 신호들(CTLs)을 생성하여 전압 생성기(600)에 제공할 수 있다. 제어 신호 생성기(530)는 또한 판정 신호(DS)가 나타내는 비교 결과에 따라 페이지 버퍼 제어 신호(PCTL)를 페이지 버퍼 회로(410)에 제공할 수 있다.The
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 도 8의 제어 회로에서 독출 제어 회로의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of a read control circuit in the control circuit of FIG. 8 according to embodiments of the present invention.
도 9를 참조하면, 독출 제어 회로(540)는 판정 로직(541) 및 레지스터(542)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the
판정 로직(541)는 제1 그룹의 페이지 버퍼들의 제2 센싱 결과에 따른 메모리 셀들의 제1 수(nC1)과 제2 그룹의 페이지 버퍼들의 제2 센싱 결과에 따른 메모리 셀들의 제2 수(nC1)를 수신하고, 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)를 비교하고, 상기 비교의 결과와 적어도 하나의 기준값(REF)을 비교하여 판정 신호(DS)를 제어 신호 생성기(530)에 제공할 수 있다. 레지스터(543)는 적어도 하나의 기준값(REF)를 저장할 수 있다. The
예를 들어, 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF) 이내인 경우에, 판정 로직(541)은 이를 나타내는 판정 신호(DS)를 제어 신호 생성기(530)에 제공한다. 1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF)보다 크고, 제1 수(nC1)가 제2 수(nC2)보다 큰 경우에, 판정 로직(541)은 이를 나타내는 판정 신호(DS)를 제어 신호 생성기(530)에 제공한다. 1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF)보다 크고, 제1 수(nC1)가 제2 수(nC2)보다 작은 경우에, 판정 로직(541)은 이를 나타내는 판정 신호(DS)를 제어 신호 생성기(530)에 제공한다. 판정 신호(DS)는 복수의 비트들을 포함하여, 상술한 경우들을 나타낼 수 있다. For example, when the difference between the first number (nC1) and the second number (nC2) is within the reference value (REF), the
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 전압 생성기의 구성을 나타내는 블록도이다.FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a voltage generator in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
도 10을 참조하면, 전압 생성기(700)는 고전압 생성기(710) 및 저전압 생성기(730)를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 전압 생성기(700)는 음전압(negative voltage) 생성기(750)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the
고전압 생성기(710)는 제1 제어 신호(CTL1)에 응답하여 커맨드(CMD)가 지시하는 동작에 따라 프로그램 전압(VPGM), 프로그램 패스 전압(VPPASS), 검증 패스 전압(VVPASS), 독출 패스 전압(VRPASS) 및 소거 전압(VRES)을 생성할 수 있다. The
프로그램 전압(VPGM)은 선택 워드라인에 인가되고, 프로그램 패스 전압(VPPASS), 프로그램 검증 패스 전압(VVPASS), 독출 패스 전압(VRPASS)은 비선택 워드라인들에 인가되고, 소거 전압(VRES)은 메모리 블록의 웰에 인가될 수 있다. 제1 제어 신호(CTL1)는 복수의 비트들을 포함하여 디코딩된 커맨드(D_CMD)가 지시하는 동작을 나타낼 수 있다. The program voltage (VPGM) is applied to the selected word lines, the program pass voltage (VPPASS), program verify pass voltage (VVPASS), and read pass voltage (VRPASS) are applied to the unselected word lines, and the erase voltage (VRES) is applied to the selected word lines. It can be applied to a well of a memory block. The first control signal CTL1 may include a plurality of bits and indicate an operation indicated by the decoded command D_CMD.
저전압 생성기(730)는 제2 제어 신호(CTL2)에 응답하여 커맨드(CMD)가 지시하는 동작에 따라 프로그램 검증 전압(VPV), 기본 독출 전압(VRD), 및 소거 검증 전압(VEV)을 생성할 수 있다. 프로그램 검증 전압(VPV), 기본 독출 전압(VRD) 및 소거 검증 전압(VEV)은 동작에 따라 선택 워드라인에 인가될 수 있다. 제2 제어 신호(CTL2)는 복수의 비트들을 포함하여 디코딩된 커맨드(D_CMD)가 지시하는 동작을 나타낼 수 있다. The low-
음전압 생성기(750)는 제3 제어 신호(CTL3)에 응답하여 커맨드(CMD)가 지시하는 동작에 따라 음의 레벨을 가지는 프로그램 검증 전압(VPV'), 독출 전압(VRD'), 및 소거 검증 전압(VEV')을 생성할 수 있다. 제3 제어 신호(CTL3)는 복수의 비트들을 포함하여 디코딩된 커맨드(D_CMD)가 지시하는 동작을 나타낼 수 있다.The
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 도 3의 비휘발성 메모리 장치에서 페이지 버퍼 회로의 구성을 나타낸다.FIG. 11 shows the configuration of a page buffer circuit in the non-volatile memory device of FIG. 3 according to embodiments of the present invention.
도 11을 참조하면, 페이지 버퍼 회로(410)는 비트라인들(BL1~BL2n)을 통하여 메모리 셀 어레이(300)에 연결되는 복수의 페이지 버퍼들(411~42n)을 포함할 수 있다. 복수의 페이지 버퍼들(411~412n)은 각각 감지 래치(SL), 데이터 래치들(DL1~DL3) 및 캐시 래치(CL)를 포함할 수 있다. 페이지 버퍼들(411~42n) 중 페이지 버퍼들(411~41n)은 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)를 구성할 수 있고, 페이지 버퍼들(41(n+1)~42n)은 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)을 구성할 수 있다. 페이지 버퍼들(411~412n)은 제1 독출 동작과 제2 독출 동작에서 감지 래치(SL)만을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the
도 12 및 도 13은 도 3의 메모리 셀 어레이의 하나의 페이지의 복수의 문턱 전압 산포들을 설명하기 위한 도면들이다.FIGS. 12 and 13 are diagrams for explaining a plurality of threshold voltage distributions of one page of the memory cell array of FIG. 3 .
간결한 설명을 위하여, 비휘발성 메모리 장치(200)에 포함된 메모리 셀들은 3-비트를 저장하는 삼중 레벨 셀(TLC, Triple Level Cell)이며, 메모리 셀들의 프로그램 상태를 판별하기 위한 독출 전압 세트는 7개의 읽기 전압들을 포함하는 것으로 가정한다. For concise explanation, the memory cells included in the
도 12를 참조하면, 비휘발성 메모리 장치(200)에 포함된 메모리 셀들은 소거 상태(E) 및 제 1 내지 제 7 프로그램 상태들(P1~P7) 중 어느 하나의 상태를 가질 수 있다. 비휘발성 메모리 장치(200)는 메모리 컨트롤러(100)의 제어에 따라 기본 독출 전압 세트(VRD1~VRD7)를 기반으로 메모리 셀들의 프로그램 상태를 판별하여 독출 데이터를 출력할 수 있다. 예시적으로, 기본 독출 전압 세트(VRD1~VRD7)의 전압 레벨들은 메모리 셀들의 특성을 고려하여 미리 정해진 전압 레벨들일 수 있다. 예를 들어, 기본 독출 전압 세트(VRD1~VRD7)의 전압 레벨들은 메모리 셀들이 프로그램된 직후의 문턱 전압 산포를 고려하여 결정된 레벨들일 수 있다. Referring to FIG. 12 , memory cells included in the
다음으로, 도 13를 참조하면, 메모리 셀들의 물리적 특성 또는 외부 요인으로 인하여 메모리 셀들이 프로그램된 이후 시간이 경과함에 따라 메모리 셀들의 문턱 전압 산포가 도 13에 도시된 바와 같이 변화할 수 있다. 기본 독출 전압 세트(VRD1~VRD7)를 기반으로 독출 동작을 수행할 경우, 독출된 데이터는 오류를 포함할 것이다. Next, referring to FIG. 13 , the threshold voltage distribution of memory cells may change as time passes after the memory cells are programmed due to physical characteristics of the memory cells or external factors, as shown in FIG. 13 . If a read operation is performed based on the basic read voltage set (VRD1 to VRD7), the read data will contain errors.
이러한 독출된 데이터에 포함되는 오류를 감소시키기 위하여 비휘발성 메모리 장치(200)는 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)과 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)이 서로 다른 디벨롭 시점을 가지는 디벨롭 구간에서부터 동시에 제1 센싱과 제2 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하고, 상기 제1 독출 동작의 결과로 검색된 밸리에 기초하여 제2 독출 동작을 온-칩에서 수행할 수 있다. In order to reduce errors included in such read data, the
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 15는 도 14에서 온-칩 밸리 서치 독출 동작을 나타내는 흐름도이고, 도 16은 도 14 및 도 15를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 14 is a flowchart showing a method of operating a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention, FIG. 15 is a flowchart showing an on-chip valley search read operation in FIG. 14, and FIG. 16 shows FIGS. 14 and 15. This is a drawing for explanation.
도 16에서는 도 13의 복수의 문턱 전압 산포들 중 서로 인접하고 부분적으로 중첩되는 문턱 전압 산포들(ST1, ST2)을 나타낸다.FIG. 16 shows threshold voltage distributions ST1 and ST2 that are adjacent to each other and partially overlap among the plurality of threshold voltage distributions in FIG. 13 .
도 2 내지 도 16을 참조하면, 복수의 페이지들을 구비하고, 상기 복수의 페이지들은 각각 복수의 문턱 전압 산포들을 사용하여 복수의 데이터 비트들을 저장할 수 있는 복수의 메모리 셀들을 구비하는 메모리 셀 어레이(300)를 포함하는 비휘발성 메모리 장치(200)의 동작 방법에서는, 메모리 컨트롤러로(100)부터의 수신된 커맨드(CMD) 및 어드레스(ADDR)에 기초하여 제어 회로(500)가 요청된 독출 동작에 대한 설정을 확인한다(S110). 제어 회로(500)는 독출 동작의 모드가 노멀 독출인지 온-칩 밸리 서치 독출인지 체크한다(S120). 2 to 16, a
요구된 독출 동작이 노멀 독출이면(S120에서 No), 노멀 독출 조건에 따라 제어 회로(500)는 하나의 상태를 식별하기 위하여 독출 전압을 제공하고, 한번의 센싱이 수행되도록 전압 생성기(700)와 페이지 버퍼 회로(410)를 제어한다(S130). 페이지 버퍼 회로(410)는 센싱된 데이터를 래치한다(S140).If the requested read operation is a normal read (No in S120), the
요구된 독출 동작이 온-칩 밸리 서치 독출이면(S120에서 Yes), 제어 회로(500)는 하나의 상태를 식별하기 위하여 독출 전압을 제공하고, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)과 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)이 서로 다른 시점에서 시작되는 디벨롭 구간들에서부터 동시에 제1 센싱과 제2 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하고, 상기 제1 독출 동작의 결과로 검색된 밸리에 기초하여 제2 독출 동작을 수행하도록 전압 생성기(700)와 페이지 버퍼 회로(410)를 제어한다(S200). 즉 제어 회로(500)는 온-칩 밸리 서치 독출 동작이 수행되도록 전압 생성기(700)와 페이지 버퍼 회로(410)를 제어한다.If the requested read operation is an on-chip valley search read (Yes in S120), the
제어 회로(500)는 독출 동작이 완료되었는지 여부를 판단한다(S150). 독출 동작이 완료되었으면(S150에서 Yes), 센싱된 데이터가 메모리 컨트롤러(100)로 출력된다(S160). 독출 동작이 완료되지 않았으면(S150에서 No), 단계(S120)로 복귀한다. The
도 14 내지 도 16을 참조하면, 온-칩 밸리 서치 독출을 수행하기 위하여(S200), 제어 회로(500)는 전압 생성기(700)와 어드레스 디코더(405)를 제어하여 선택된 메모리 셀들이 연결되는 선택 워드라인에 기본 독출 전압(제1 독출 전압, VRDD)을 인가한다. 제어 회로(500)는 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)에 제1 비트라인 셋-업 신호(SPT1)를 인가하여 제1 시점으로부터 제1 그룹의 비트라인들을 디벨롭시키고, 적어도 제1 디벨롭 구간에서 제1 센싱과 제2 센싱을 순차적으로 수행하여 영역(RG3)에 속하는 제1 메모리 셀들의 데이터 상태를 센싱한다(S220). 14 to 16, in order to perform on-chip valley search read (S200), the
제어 회로(500)는 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)에 제2 비트라인 셋-업 신호(SPT2)를 인가하여 제1 시점보다 늦은 제2 시점으로부터 제2 그룹의 비트라인들을 디벨롭시키고, 적어도 제1 디벨롭 구간보다 작은 제2 디벨롭 구간에서 제3 센싱과 제4 센싱을 순차적으로 수행하여 영역(RG2)에 속하는 메모리 셀들의 데이터 상태를 센싱한다(S230). 제1 센싱과 제3 센싱은 동시에 수행될 수 있고, 제2 센싱과 제4 센싱은 동시에 수행될 수 있다. 영역들(RG3, RG4)는 문턱 전압 산포(ST2)에 속하고, 영역들(RG1, RG2)는 문턱 전압 산포(ST1)에 속할 수 있다.The
셀 카운터(490)는 영역(RG3, RG2)들에 메모리 셀들의 데이터 상태에 기초하여 영역(RG3, RG2)들에 속하는 메모리 셀들의 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)를 각각 카운팅하여 제어 회로(500)에 셀들의 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)를 제공한다(S240). 제어 회로(500)는 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 비교에 기초하여 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 제2 독출 동작을 수행한다. The
제1 센싱에 의하여 영역들(RG3, RG4)에 속하는 메모리 셀들이 오프 셀로 감지되고, 제2 센싱에 의하여 영역(RG3)에 속하는 메모리 셀들만이 오프셀로 감지된다. 또한, 제3 센싱에 의하여 영역들(R2, RG3, RG4)에 속하는 메모리 셀들이 오프 셀로 감지되고, 제4 센싱에 의하여 영역(RG2)에 속하는 메모리 셀들만이 오프셀로 감지된다.By the first sensing, memory cells belonging to the regions RG3 and RG4 are sensed as off cells, and by the second sensing, only memory cells belonging to the region RG3 are sensed as off cells. Additionally, memory cells belonging to the regions R2, RG3, and RG4 are sensed as off cells by the third sensing, and only memory cells belonging to the region RG2 are sensed as off cells by the fourth sensing.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 서치 독출 동작의 예를 보여주는 타이밍도이다.Figure 17 is a timing diagram showing an example of an on-chip search read operation according to embodiments of the present invention.
도 17을 참조하면, 서로 다른 디벨롭 구간 동안의 동일한 시점들에서 센싱 노드를 순차적으로 래치하여 센싱 결과를 저장하는 방식으로 온-칩 밸리 서치 독출 동작이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 17, an on-chip valley search read operation can be performed by sequentially latching sensing nodes at the same time points during different development sections and storing the sensing results.
T0 시점에서 T1 시점까지 프리차지 동작이 수행된다. 프리차지를 위하여 페이지 버퍼들(PB1~PB2n)에 연결된 비트라인들(BL1~BL2n) 및 센싱 노드들(SO)이 충전된다. 제어 신호들(SHLD, BLST), 로드 신호(LOAD) 및 비트라인 셋-업 신호들(BLSTP1, BLSTP2)이 활성화되면, 센싱 노드(SO)와 비트라인들(BL1~BL2n)이 특정 레벨로 프리차지된다.A precharge operation is performed from time T0 to time T1. For precharge, the bit lines (BL1 to BL2n) and sensing nodes (SO) connected to the page buffers (PB1 to PB2n) are charged. When the control signals (SHLD, BLST), load signal (LOAD), and bit line set-up signals (BLSTP1, BLSTP2) are activated, the sensing node (SO) and bit lines (BL1 to BL2n) are freed to a specific level. It is occupied.
T1 시점에서 로드 신호(LOAD)와 제1 비트라인 셋-업 신호(BLST1)가 하이 레벨로 비활성화되면, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1) 각각의 프리차지 회로의 피모스 트랜지스터들이 오프되어, 전원 전압(Vdd)으로부터 센싱 노드(SO)로의 전류 공급은 차단된다. 또한, T1 시점 이후의 T2 시점에서 제2 비트라인 셋-업 신호(BLST2)가 하이 레벨로 비활성화되면, 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2) 각각의 프리차지 회로의 피모스 트랜지스터들이 오프되어, 전원 전압(Vdd)으로부터 센싱 노드(SO)로의 전류 공급은 차단된다. When the load signal LOAD and the first bit line set-up signal BLST1 are deactivated at a high level at time T1, the PMOS transistors of the precharge circuit of each of the page buffers PBG1 of the first group are turned off, Current supply from the power supply voltage (Vdd) to the sensing node (SO) is blocked. In addition, when the second bit line set-up signal BLST2 is deactivated at a high level at time T2 after time T1, the PMOS transistors of the precharge circuit of each of the page buffers PBG2 of the second group are turned off, Current supply from the power supply voltage (Vdd) to the sensing node (SO) is blocked.
이 때부터 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1) 각각의 센싱 노드(SO)의 레벨과 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2) 각각의 센싱 노드(SO)의 레벨은 메모리 셀의 온/오프 여부에 따라 비트라인(BL)으로 흐르는 전류의 크기에 따라 변화한다. 선택된 메모리 셀이 온 셀인 경우, 비트 라인으로 흐르는 전류가 상대적으로 크다. 따라서, 센싱 노드(SO)의 레벨은 상대적으로 빠르게 낮아진다. 반면, 선택된 메모리 셀이 오프셀인 경우, 센싱 노드(SO)의 레벨은 거의 일정한 레벨을 유지하게 될 것이다. From this point on, the level of each sensing node (SO) of the first group of page buffers (PBG1) and the level of each of the sensing nodes (SO) of the second group of page buffers (PBG2) determine whether the memory cell is on/off. It changes depending on the size of the current flowing through the bit line (BL). When the selected memory cell is an on cell, the current flowing through the bit line is relatively large. Accordingly, the level of the sensing node (SO) decreases relatively quickly. On the other hand, when the selected memory cell is an off-cell, the level of the sensing node (SO) will maintain an almost constant level.
하지만, 밸리 주위에 분포하는 메모리 셀들은 온셀과 오프셀의 경계에 위치하는 메모리 셀들이다. 따라서, 이러한 셀들에 대한 온셀 또는 오프셀의 식별은 디벨럽 시간에 따라 달라질 수 있다. 즉, 디벨럽 시간을 조금만 감소시켜도 산포골 주위에 분포하는 메모리 셀들은 오프셀로 식별될 수도 있다. 반면, 디벨럽 시간을 조금만 증가시켜도 산포골 주위에 분포하는 메모리 셀들은 온셀로 식별될 수 있다. However, memory cells distributed around the valley are memory cells located at the boundary between on-cell and off-cell. Accordingly, identification of on-cell or off-cell for these cells may vary depending on the development time. That is, even if the development time is slightly reduced, the memory cells distributed around the scatter valley may be identified as off-cells. On the other hand, even if the development time is slightly increased, the memory cells distributed around the scatter valley can be identified as on-cells.
즉, 워드라인에 제공되는 독출 전압과 유사한 레벨의 문턱 전압을 갖는 메모리 셀들에게는 디벨롭 시간을 감소시키면 독출 전압을 낮추어 센싱하는 효과를 제공할 수 있다. 즉, 디벨롭 시작 타이밍을 달리하여 서로 다른 디벨롭 시간을 가지는 디벨롭 구간들에서 센싱 노드(SO)를 동시에 센싱하는 것은 워드라인 전압을 가변하여 비트라인을 프리차지하고 센싱하는 것과 같은 효과를 가진다. In other words, reducing the development time for memory cells with a threshold voltage similar to the read voltage provided to the word line can provide a sensing effect by lowering the read voltage. In other words, simultaneously sensing the sensing node (SO) in development sections with different development times by varying the development start timing has the same effect as precharging and sensing the bit line by varying the word line voltage.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 서치 독출 동작의 예를 보여주는 타이밍도들이다.Figures 18 and 19 are timing diagrams showing examples of on-chip search read operations according to embodiments of the present invention.
도 18은 제1 그룹의 페이지 버퍼들의 동작을 나타내고, 도 19는 제2 그룹의 페이지 버퍼들의 동작을 나타낸다.FIG. 18 shows the operation of the first group of page buffers, and FIG. 19 shows the operation of the second group of page buffers.
도 18 및 도 19를 참조하면, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)에서는 T0 시점에서 T1 시점까지 센싱 노드(SO)를 프리차지하고, T1 시점부터 T4 시점까지 제1 그룹의 비트라인들을 디벨롭시킨다. 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)에서는 T0 시점에서 T1 시점까지 센싱 노드(SO)를 프리차지하고, T1 시점보다 늦은 T2 시점부터 T4 시점까지 제1 그룹의 비트라인들을 디벨롭시킨다. Referring to FIGS. 18 and 19, the first group of page buffers PBG1 precharges the sensing node SO from T0 to T1, and develops the first group of bit lines from T1 to T4. I order it. In the second group of page buffers (PBG2), the sensing node (SO) is precharged from time T0 to T1, and the bit lines of the first group are developed from time T2 to T4, which is later than time T1.
제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)은 T3 시점에서 제1 센싱을 수행하고, T5 시점에서 제2 센싱을 수행한다. 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)은 T3 시점에서 제3 센싱을 수행하고, T5 시점에서 제4 센싱을 수행한다. 따라서, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)의 센싱 노드(SO)의 트립 레벨(TL1)은 제1 전압(V11)에 해당하고, 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)의 센싱 노드(SO)의 트립 레벨(TL1)은 제2 전압(V12)에 해당한다. 제1 전압(V11)은 제2 전압(V12)보다 작다.The first group of page buffers PBG1 performs first sensing at time T3 and second sensing at time T5. The second group of page buffers (PBG2) performs third sensing at time T3 and fourth sensing at time T5. Accordingly, the trip level TL1 of the sensing node SO of the first group of page buffers PBG1 corresponds to the first voltage V11, and the trip level of the sensing node SO of the page buffers PBG2 of the second group corresponds to the first voltage V11. The trip level (TL1) of ) corresponds to the second voltage (V12). The first voltage (V11) is smaller than the second voltage (V12).
제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)과 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)은 T6 시점과 T7 시점에서 센싱 노드(SO)를 다시 프리차지하고, T7 시점부터 T8 시점까지 제1 그룹의 비트라인들과 제2 그룹의 비트라인들을 디벨롭시키면서, T7 시점부터 T8 시점 사이에 래치 및 감지 회로(440)의 트랜지스터(TM3)에 리프레쉬 신호(RFR)를 인가하고, 트랜지스터(TM2)에 리셋 신호(RST)를 인가하여 래치(441)를 리셋시킨다. 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)과 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)은 T8 시점과 T9 시점 사이에서 센싱 노드(SO)를 감지하여 데이터를 출력할 수 있다.The first group of page buffers (PBG1) and the second group of page buffers (PBG2) precharge the sensing node (SO) again at time T6 and T7, and the bit line of the first group from time T7 to T8 and developing the second group of bit lines, a refresh signal (RFR) is applied to the transistor (TM3) of the latch and
도 18 및 도 19에서 VSO는 센싱 노드(SO)의 전압 레벨을 나타내고, 참조 번호들(611~614)은 도 16에서 영역들(RG1~RG4)에 속하는 메모리 셀들에 각각 연결되는 비트라인들에 연결되는 센싱 노드(SO)의 전압을 나타낸다. 도 18 및 도 19에서, T0 시점부터 T6 시점까지는 제1 독출 동작에 해당할 수 있고, T6 시점부터 T9 시점까지는 제2 독출 동작에 해당할 수 있다.18 and 19, VSO represents the voltage level of the sensing node (SO), and
도 20은 제2 그룹의 페이지 버퍼들에서의 래치의 상태를 나타내고, 도 21은 제1 그룹의 페이지 버퍼들에서의 래치의 상태를 나타낸다.FIG. 20 shows the state of latches in the second group of page buffers, and FIG. 21 shows the state of the latch in the first group of page buffers.
도 20 및 도 21에서 페이지 버퍼들 각각의 래치(441)는 하이 레벨로 설정된다. 20 and 21, the
도 20을 참조하면, 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)에서 리셋 신호(RST)를 활성화시켜 제3 센싱을 수행하면, 온 셀들에 연결되는 래치는 하이 레벨을 유지하고, 오프 셀들에 연결되는 래치는 로우 레벨로 플립된다. 제2 그룹의 페이지 버퍼들(PBG2)에서 셋 신호(SET)를 활성화시켜 제4 센싱을 수행하면, 영역(RG2)에 속하는 온 셀들에 연결되는 래치는 로우 레벨로 유지되고, 오프 셀들에 연결되는 래치는 하이 레벨로 플립된다. 따라서, 제4 센싱의 결과 래치의 값이 로우 레벨이 온 셀들의 개수를 카운팅하여 제2 수(nC2)를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 20, when third sensing is performed by activating the reset signal (RST) in the page buffers (PBG2) of the second group, the latch connected to the on cells maintains a high level, and the latch connected to the off cells The latch is flipped to low level. When the fourth sensing is performed by activating the set signal SET in the page buffers PBG2 of the second group, the latch connected to the on cells belonging to the region RG2 is maintained at a low level, and the latch connected to the off cells is maintained at a low level. The latch flips to high level. Accordingly, the second number (nC2) can be calculated by counting the number of cells in which the latch value is at the low level as a result of the fourth sensing.
도 21을 참조하면, 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)에서 리셋 신호(RST)를 활성화시켜 제1 센싱을 수행하면, 온 셀들에 연결되는 래치는 하이 레벨을 유지하고, 오프 셀들에 연결되는 래치는 로우 레벨로 플립된다. 제1 그룹의 페이지 버퍼들(PBG1)에서 셋 신호(SET)를 활성화시켜 제2 센싱을 수행하면, 영역(RG3)에 속하는 온 셀들에 연결되는 래치는 로우 레벨로 유지되고, 오프 셀들에 연결되는 래치는 하이 레벨로 플립된다. 따라서, 제2 센싱의 결과 래치의 값이 로우 레벨이 온 셀들의 개수를 카운팅하여 제1 수(nC1)를 산출할 수 있다.Referring to FIG. 21, when the first sensing is performed by activating the reset signal (RST) in the page buffers (PBG1) of the first group, the latch connected to the on cells maintains a high level, and the latch connected to the off cells The latch is flipped to low level. When the second sensing is performed by activating the set signal SET in the first group of page buffers PBG1, the latch connected to the on cells belonging to the region RG3 is maintained at a low level, and the latch connected to the off cells is maintained at a low level. The latch flips to high level. Accordingly, the first number (nC1) can be calculated by counting the number of cells in which the latch value is at the low level as a result of the second sensing.
도 22a 내지 도 22c는 온-칩 밸리 서치 독출의 제1 독출 동작에 따른 결과들을 나타낸다.Figures 22A to 22C show results according to the first read operation of the on-chip valley search read.
도 22a를 참조하면, 제2 센싱 및 제4 센싱의 결과, 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF)보다 크고, 제1 수(nC1)가 제2 수(nC2)보다 작다면, 이는 밸리가 기본 독출 전압(VRDD)에 해당하는 문턱전압 보다 작다는 것을 의미하므로, 제어 회로(500)는 기본 독출 전압(VRDD)보다 큰 제2 독출 전압을 선택된 워드라인에 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다.Referring to Figure 22a, as a result of the second and fourth sensing, the difference between the first number (nC1) and the second number (nC2) is greater than the reference value (REF), and the first number (nC1) is greater than the second number (nC1). nC2), this means that the valley is smaller than the threshold voltage corresponding to the basic read voltage (VRDD), so the
도 22b를 참조하면, 제2 센싱 및 제4 센싱의 결과, 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF) 이하인 경우, 이는 밸리가 기본 독출 전압(VRDD)에 해당하는 문턱전압 근방에 위치한다는 것을 의미하므로, 제어 회로(500)는 기본 독출 전압(VRDD)을 선택된 워드라인에 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다. Referring to FIG. 22b, as a result of the second sensing and the fourth sensing, if the difference between the first number (nC1) and the second number (nC2) is less than or equal to the reference value (REF), this means that the valley corresponds to the basic read voltage (VRDD). Since this means that it is located near the threshold voltage, the
도 22c를 참조하면, 제2 센싱 및 제4 센싱의 결과, 제1 수(nC1)와 제2 수(nC2)의 차이가 기준값(REF)보다 크고, 제1 수(nC1)가 제2 수(nC2)보다 크다면, 이는 밸리가 기본 독출 전압(VRDD)에 해당하는 문턱전압 보다 크다는 것을 의미하므로, 제어 회로(500)는 기본 독출 전압(VRDD)보다 작은 제2 독출 전압을 선택된 워드라인에 인가하여 제2 독출 동작을 수행한다.Referring to Figure 22c, as a result of the second sensing and the fourth sensing, the difference between the first number (nC1) and the second number (nC2) is greater than the reference value (REF), and the first number (nC1) is larger than the second number (nC1). nC2), this means that the valley is greater than the threshold voltage corresponding to the basic read voltage (VRDD), so the
도 23은 메모리 셀의 일반적인 독출 방법을 보여주는 도면이다. Figure 23 is a diagram showing a general reading method of a memory cell.
도 23을 참조하면, 셀당 3비트의 데이터를 저장할 수 있는 트리플 레벨 셀(Triple Level Cell: TLC)의 페이지별 독출 방법이 도시된다.Referring to FIG. 23, a page-by-page read method of a triple level cell (TLC) capable of storing 3 bits of data per cell is shown.
최하위 비트(LSB) 페이지를 읽기 위해서, 선택된 메모리 셀들의 워드 라인에는 독출 전압(VRD1)이 제공된다. 독출 전압(VRD1)에 대한 온/오프 여부가 센싱되고 복수의 래치들 중에 어느 하나에 저장된다. 독출 전압(VRD1)보다 낮은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀(온셀)의 센싱 결과로 논리 '1'이 래치될 것이다. 독출 전압(VRD1)보다 같거나 높은 문턱 전압을 갖는 메모리 셀(온셀)의 센싱 결과로 논리 '0'이 래치될 것이다. To read the least significant bit (LSB) page, a read voltage (VRD1) is provided to the word lines of the selected memory cells. The on/off status of the read voltage VRD1 is sensed and stored in one of a plurality of latches. Logic '1' will be latched as a result of sensing a memory cell (on-cell) with a threshold voltage lower than the read voltage (VRD1). Logic '0' will be latched as a result of sensing a memory cell (on-cell) with a threshold voltage equal to or higher than the read voltage VRD1.
이어서, 선택된 메모리 셀들의 워드 라인에는 독출 전압(VRD5)이 제공될 것이다. 그리고 독출 전압(RD5)에 대한 온셀로 센싱된 메모리 셀에 대해서는 이전에 래치된 논리 '0'이 유지된다. 독출 전압(VRD5)에 대한 오프셀로 센싱된 메모리 셀에 대해서는 이전에 래치된 논리 '0'을 논리 '1'로 토글시킨다. 그리고 이러한 처리가 완료된 이후에 최하위 비트(LSB) 페이지의 읽기 결과를 출력할 수 있다.Subsequently, a read voltage VRD5 will be provided to the word lines of the selected memory cells. And the previously latched logic '0' is maintained for the memory cell sensed as an on-cell for the read voltage RD5. For memory cells sensed as off-cells for the read voltage VRD5, previously latched logic '0' is toggled to logic '1'. And after this processing is completed, the read result of the least significant bit (LSB) page can be output.
중간 비트(CSB) 페이지를 독출하기 위하여, 선택된 메모리 셀들의 워드 라인에는 독출 전압(VRD2)제공된다. 독출 전압(VRD2)에 대해 온셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '1'이, 오프셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '0'이 래치된다. 그리고 독출 전압(VRD4)에 대해 온셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼는 이전에 센싱된 논리값을 유지하고, 오프셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '1'이 래치된다. 이후 독출 전압(VRD6)에 대해 온셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼는 이전에 센싱된 논리값을 유지하고, 오프셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '0'으로 토글링될 것이다. To read a middle bit (CSB) page, a read voltage (VRD2) is provided to the word lines of selected memory cells. With respect to the read voltage VRD2, logic '1' is latched in the page buffer of memory cells sensed as on-cells, and logic '0' is latched in the page buffers of memory cells sensed as off-cells. And with respect to the read voltage VRD4, the page buffer of memory cells sensed as on-cells maintains the previously sensed logic value, and logic '1' is latched in the page buffers of memory cells sensed as off-cells. Afterwards, with respect to the read voltage VRD6, the page buffers of memory cells sensed as on-cells will maintain the previously sensed logic value, and the page buffers of memory cells sensed as off-cells will be toggled to logic '0'.
최상위 비트(MSB) 페이지를 읽기 위해서, 선택된 메모리 셀들의 워드 라인에는 독출 전압(VRD3)이 제공된다. 독출 전압(VRD3)에 대한 온/오프 여부가 센싱되고 복수의 래치들 중에 어느 하나에 저장된다. 독출 전압(VRD3)에 대해 온셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '1'이 래치되고, 독출 전압(VRD3)에 대해 오프셀로 센싱된 메모리 셀들의 페이지 버퍼에는 논리 '0'이 래치된다. To read the most significant bit (MSB) page, a read voltage (VRD3) is provided to the word lines of selected memory cells. The on/off status of the read voltage VRD3 is sensed and stored in one of a plurality of latches. Logic '1' is latched in the page buffer of memory cells sensed as on-cell with respect to the read voltage VRD3, and logic '0' is latched in the page buffer of memory cells sensed as off-cell with respect to the read voltage VRD3. .
이어서, 선택된 메모리 셀들의 워드라인에는 독출 전압(VRD7)이 제공될 것이다. 그리고 독출 전압(VRD7)에 대한 온셀로 센싱된 메모리 셀이 페이지 버퍼의 논리 값은 이전에 논리값이 유지된다. 독출 전압(VRD7)에 대한 오프셀로 센싱된 메모리 셀의 페이지 버퍼는 이전에 래치된 논리 '0'이 논리 '1'로 토글된다. 그리고 이러한 처리가 완료된 이후에 최상위 비트(MSB) 페이지의 독출 결과를 출력할 수 있다.Subsequently, a read voltage VRD7 will be provided to the word lines of the selected memory cells. And the logic value of the page buffer of the memory cell sensed as an on-cell for the read voltage VRD7 is maintained at the previous logic value. The page buffer of the memory cell sensed as an off-cell for the read voltage VRD7 toggles the previously latched logic '0' to logic '1'. And after this processing is completed, the read result of the most significant bit (MSB) page can be output.
이상에서는 트리플 레벨 셀(TLC)을 예로 일반적인 독출 동작을 설명하였다. 이러한 일반적인 독출 동작시 메모리 셀의 열화에 의해서 읽기 실패(Read fail)가 발생할 수 있다. 본 발명의 비휘발성 메모리 장치(200)는 외부의 요청 또는 내부적인 판단에 따라 높은 신뢰성을 제공하기 위한 온칩 벨리 서치(OCVS) 리드를 수행하고, 그결과를 외부에 제공할 수 있다.In the above, a general read operation was explained using a triple level cell (TLC) as an example. During such a general read operation, a read failure may occur due to deterioration of the memory cell. The
도 24는 본 발명의 실시예들에 따른 온-칩 밸리 서치 리드 동작이 MSB 페이지에 적용되는 예를 타이밍도이다.Figure 24 is a timing diagram illustrating an example of an on-chip valley search read operation applied to an MSB page according to embodiments of the present invention.
도 24를 참조하면, 최상위 비트(MSB) 페이지의 읽기를 위해서 독출 전압(VRD7)에 의한 온칩 벨리 서치(OCVS) 모드의 읽기 동작이 수행될 수 있다. 이어서 독출 전압(VRD3)에 대한 노말 독출 동작이 수행되고, 노말 독출 동작의 프리차지 구간에서 셀들의 카운트 및 비교 동작이 수행될 수 있다. 독출 전압(VRD3)에 대한 노말 독출 동작이 수행된 후 독출 리커버리 동작이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 24, a read operation in on-chip valley search (OCVS) mode using the read voltage VRD7 may be performed to read the most significant bit (MSB) page. Subsequently, a normal read operation for the read voltage VRD3 may be performed, and a count and comparison operation of cells may be performed in the precharge section of the normal read operation. After the normal read operation for the read voltage VRD3 is performed, a read recovery operation may be performed.
도 25는 본 발명의 실시예들에 따른 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.Figure 25 is a flowchart showing a method of operating a non-volatile memory device according to embodiments of the present invention.
도 25를 참조하면, 프로그램 커맨드에 응답하여 메모리 셀 어레이(300)의 선택된 제1 페이지의 복수의 메모리 셀들이 복수의 문턱전압 산포들을 균등하게 가지도록 랜더마이징된 데이터를 제1 페이지에 프로그램한다(S410). Referring to FIG. 25, in response to a program command, randomized data is programmed into the first page so that a plurality of memory cells of the selected first page of the
메모리 컨트롤러(100)로부터 독출 커맨드와 어드레스를 수신한다(S420). 상기 수신된 독출 커맨드가 상기 제1 페이지에 대한 온-칩 밸리 서치 독출 모드를 지시하는 경우에, 상술한 온-칩 밸리 서치 독출 동작을 수행하여 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 독출 동작을 수행하여 데이터를 출력한다(S430).A read command and address are received from the memory controller 100 (S420). When the received read command indicates an on-chip valley search read mode for the first page, the valley is searched by performing the above-described on-chip valley search read operation, and a read operation is performed based on the searched valley. Output data by performing (S430).
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 에스에스디(SSD: solid state disk or solid state drive)를 나타내는 블록도이다.Figure 26 is a block diagram showing a solid state disk (SSD) or solid state drive (SSD) according to embodiments of the present invention.
도 26을 참조하면, SSD(1000)는 복수의 비휘발성 메모리 장치들(1100) 및 SSD 제어기(1200)를 포함한다.Referring to FIG. 26, the
비휘발성 메모리 장치들(1100)은 옵션적으로 외부 고전압(VPP)을 제공받도록 구현될 수 있다. 비휘발성 메모리 장치들(1100)은 전술한 도 3의 비휘발성 메모리 장치(30)로 구현될 수 있다. 따라서 비휘발성 메모리 장치들(1100)은 각각 온-칩 밸리 서치 동작을 수행하여 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 독출 동작을 수행하여 독출 에러를 감소시킬 수 있다.
SSD 제어기(1200)는 복수의 채널들(CH1~CH4)을 통하여 비휘발성 메모리 장치들(1100)에 연결된다. SSD 제어기(1200)는 적어도 하나의 프로세서(1210), 버퍼 메모리(1220), 에러 정정 회로(1230), 호스트 인터페이스(1250) 및 비휘발성 메모리 인터페이스(1260)를 포함한다. The
버퍼 메모리(1220)는 메모리 제어기(1200)의 구동에 필요한 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리(1220)는 기입 요청시 프로그램 동작에 이용될 데이터를 버퍼링해 놓을 수 있다. 에러 정정 회로(1230)는 기입 동작에서 프로그램될 데이터의 에러 정정 코드 값을 계산하고, 읽기 동작에서 읽혀진 데이터를 에러 정정 코드 값에 근거로 하여 에러 정정하고, 데이터 복구 동작에서 비휘발성 메모리 장치(1100)로부터 복구된 데이터의 에러를 정정할 수 있다. The
본 발명의 실시예들에 따르면, 온-칩 밸리 서치 독출 동작에서, 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 제2 그룹의 페이지 버퍼들에서 서로 다른 시작 시점을 가지는 비트라인 디벨롭 구간 동안에 센싱 노드를 순차적으로 두 번 센싱하고, 상기 센싱의 결과에 따른 온 셀들의 수를 카운팅하여 밸리를 탐색하고, 탐색된 밸리를 기초로 독출 동작을 수행하여 온-칩 자체적으로 독출 오류를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, in an on-chip valley search read operation, sensing nodes are sequentially connected during a bitline development period having different start points in the first group of page buffers and the second group of page buffers. senses twice, searches for a valley by counting the number of on-cells according to the sensing result, and performs a read operation based on the discovered valley, thereby reducing read errors and improving performance by the on-chip itself. there is.
본 발명의 실시 예에 따른 메모리 장치 혹은 저장 장치는 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장 될 수 있다.A memory device or storage device according to an embodiment of the present invention may be mounted using various types of packages.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but those skilled in the art can vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be modified and changed.
Claims (20)
복수의 비트라인들을 통하여 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들을 센싱하며, 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 순차적인 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작과 제2 독출 동작을 수행하고, 상기 두 번의 센싱의 결과를 순차적으로 저장하는 하나의 래치를 각각 구비하는 복수의 페이지 버퍼들을 포함하는 페이지 버퍼 회로; 및
상기 페이지 버퍼들이 상기 제1 독출 동작의 결과를 저장하도록 제어하고, 상기 제1 독출 동작의 완료 후 상기 래치를 리셋시키며, 상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어하는 제어 회로를 포함하고,
상기 페이지 버퍼 회로는 상기 복수의 비트라인들 중 제1 그룹의 비트라인들에 연결되는 제1 그룹의 페이지 버퍼들 및 상기 복수의 비트라인들 중 제2 그룹의 비트라인들에 연결되는 제2 그룹의 페이지 버퍼들을 포함하고,
상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들은 상기 선택된 메모리 셀들의 서로 다른 시작 시점을 가지는 제1 디벨롭 구간과 제2 디벨롭 구간에서 적어도 각각 상기 제1 독출 동작을 수행하는 비휘발성 메모리 장치.A memory cell array comprising a plurality of pages, each of the pages having a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions;
Sensing selected memory cells among the plurality of memory cells through a plurality of bit lines, performing a first read operation and a second read operation including two sequential sensings to identify one data state, and the two A page buffer circuit including a plurality of page buffers each having one latch for sequentially storing the results of multiple sensings; and
Control the page buffers to store the result of the first read operation, reset the latch after completion of the first read operation, and perform the second read based on the valley searched according to the result of the first read operation. comprising a control circuit that controls the page buffers to perform operations,
The page buffer circuit includes a first group of page buffers connected to the first group of bit lines among the plurality of bit lines and a second group of page buffers connected to the second group of bit lines among the plurality of bit lines. Contains page buffers of,
The first group of page buffers and the second group of page buffers perform at least the first read operation in a first development period and a second development period having different start points of the selected memory cells, respectively. Non-volatile memory device.
상기 제1 독출 동작이 진행되는 동안에 상기 선택된 메모리 셀들의 워드라인에는 동일한 레벨의 제1 독출 전압이 인가되고, 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들은 상기 복수의 비트라인들 중 상기 제1 그룹의 비트라인들에 대하여 제1 센싱과 제2 센싱을 순차적으로 수행하고, 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들은 상기 복수의 비트라인들 중 상기 제2 그룹의 비트라인들에 대하여 제3 센싱과 제4 센싱을 순차적으로 수행하는 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 1,
While the first read operation is in progress, a first read voltage of the same level is applied to the word lines of the selected memory cells, and the page buffers of the first group are applied to the bit lines of the first group among the plurality of bit lines. The first sensing and the second sensing are sequentially performed on the bit lines of the second group, and the page buffers of the second group sequentially perform the third sensing and the fourth sensing on the bit lines of the second group among the plurality of bit lines. A non-volatile memory device that performs as.
상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들은 제1 시점에서 시작되는 상기 제1 디벨롭 구간에서 적어도 상기 선택된 메모리 셀들에 대하여 상기 제1 독출 동작을 수행하고,
상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들은 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 시작되는 상기 제2 디벨롭 구간에서 적어도 상기 선택된 메모리 셀들에 대하여 상기 제1 독출 동작을 수행하는 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 3,
The page buffers of the first group perform the first read operation on at least the selected memory cells in the first development period starting at a first point in time,
A non-volatile memory device wherein the page buffers of the second group perform the first read operation on at least the selected memory cells in the second development period starting at a second time point later than the first time point.
상기 제어 회로는 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들이 상기 제1 센싱과 상기 제3 센싱을 동시에 수행하고, 상기 제2 센싱과 상기 제4 센싱을 동시에 수행하도록 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들을 제어하는 비휘발성 메모리 장치.According to paragraph 3,
The control circuit configures the first group of page buffers and the second group of page buffers to simultaneously perform the first sensing and the third sensing, and simultaneously perform the second sensing and the fourth sensing. A non-volatile memory device that controls one group of page buffers and the second group of page buffers.
상기 제어 회로는 상기 제2 센싱의 결과에 따라 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 래치에 저장되는 온 셀들의 제1 수와 상기 제4 센싱의 결과에 따라 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각에 저장되는 온 셀의 제2 수를 카운팅하고,
상기 제1 수와 상기 제2 수를 비교하여 상기 밸리의 위치를 결정하는 비휘발성 메모리 장치.According to clause 5,
The control circuit determines a first number of on cells stored in a latch of each of the page buffers of the first group according to the result of the second sensing and each of the page buffers of the second group according to the result of the fourth sensing. Counting a second number of on cells stored in,
A non-volatile memory device that determines the location of the valley by comparing the first number and the second number.
상기 제1 수와 상기 제2 수의 차이가 기준 값 이하인 경우, 상기 제어 회로는 상기 제1 독출 전압을 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어하는 비휘발성 메모리 장치.According to clause 6,
When the difference between the first number and the second number is less than or equal to a reference value, the control circuit controls the page buffers to perform the second read operation based on the first read voltage.
상기 제1 수와 상기 제2 수의 차이가 기준 값보다 크고, 상기 제1 수가 상기 제2 수보다 작은 경우에. 상기 제어 회로는 상기 페이지 버퍼들의 상기 래치에 저장된 값을 초기화시키고, 상기 제1 독출 전압보다 큰 제2 독출 전압을 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어하는 비휘발성 메모리 장치. According to clause 6,
When the difference between the first number and the second number is greater than the reference value, and the first number is less than the second number. The control circuit initializes values stored in the latches of the page buffers and controls the page buffers to perform the second read operation based on a second read voltage that is greater than the first read voltage.
상기 제1 수와 상기 제2 수의 차이가 기준 값보다 크고, 상기 제1 수가 상기 제2 수보다 큰 경우에, 상기 제어 회로는 상기 페이지 버퍼들의 상기 래치에 저장된 값을 초기화시키고, 상기 제1 독출 전압보다 작은 제2 독출 전압을 기초로 상기 제2 독출 동작을 수행하도록 상기 페이지 버퍼들을 제어하는 비휘발성 메모리 장치. According to clause 6,
When the difference between the first number and the second number is greater than a reference value, and the first number is greater than the second number, the control circuit initializes the value stored in the latch of the page buffers, and the first number is greater than the reference value. A non-volatile memory device that controls the page buffers to perform the second read operation based on a second read voltage that is smaller than the read voltage.
전원 전압과 센싱 노드 사이에 직렬로 연결되는 제1 피모스 트랜지스터 및 제2 피모스 트랜지스터를 구비하는 프리차지 회로;
상기 복수의 비트라인들 중 상응하는 비트라인과 상기 센싱 노드 사이에 연결되는 스위치 회로; 및
상기 센싱 노드와 접지 전압 사이에 연결되는 감지 및 래치 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는 상기 제1 피모스 트랜지스터의 게이트에 로드 신호를 인가하고, 상기 제2 피모스 트랜지스터의 게이트에 비트라인 셋-업 신호를 인가하고,
상기 감지 및 래치 회로는
상기 래치;
상기 래치의 제1 노드와 상기 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 제1 엔모스 트랜지스터 및 제2 엔모스 트랜지스터; 및
상기 래치의 제2 노드와 상기 접지 전압 사이에 직렬로 연결되는 제3 엔모스 트랜지스터 및 제4 엔모스 트랜지스터를 포함하고,
상기 제4 엔모스 트랜지스터의 게이트는 상기 센싱 노드에 연결되고,
상기 제어 회로는 상기 제3 엔모스 트랜지스터에 리셋 신호를 인가하여 상기 제1 독출 동작의 제1 센싱을 수행하고, 상기 제1 엔모스 트랜지스터에 셋 신호를 인가하여 상기 제1 독출 동작의 제2 센싱을 수행하는 비휘발성 메모리 장치.The method of claim 1, wherein each of the plurality of page buffers
A precharge circuit including a first PMOS transistor and a second PMOS transistor connected in series between the power supply voltage and the sensing node;
a switch circuit connected between a corresponding bit line among the plurality of bit lines and the sensing node; and
comprising a sensing and latch circuit connected between the sensing node and a ground voltage,
The control circuit applies a load signal to the gate of the first PMOS transistor and a bit line set-up signal to the gate of the second PMOS transistor,
The sensing and latch circuit is
the latch;
A first NMOS transistor and a second NMOS transistor connected in series between the first node of the latch and the ground voltage; and
Comprising a third NMOS transistor and a fourth NMOS transistor connected in series between the second node of the latch and the ground voltage,
The gate of the fourth NMOS transistor is connected to the sensing node,
The control circuit applies a reset signal to the third NMOS transistor to perform first sensing of the first read operation, and applies a set signal to the first NMOS transistor to perform second sensing of the first read operation. A non-volatile memory device that performs.
상기 페이지 버퍼들 중 제1 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 상기 제2 피모스 트랜지스터에는 제1 시점에서 제1 비트라인 셋-업 신호를 로직 하이 레벨로 비활성화시켜 상기 센싱 노드에 대한 제1 센싱과 제2 센싱을 순차적으로 수행하고,
상기 페이지 버퍼들 중 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 상기 제2 피모스 트랜지스터에는 상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 제2 비트라인 셋-업 신호를 로직 하이 레벨로 비활성화시켜 상기 센싱 노드에 대한 제3 센싱과 제4 센싱을 순차적으로 수행하는 비휘발성 메모리 장치.11. The method of claim 10, wherein after precharging the bit lines, the control circuit:
The first bit line set-up signal is deactivated to a logic high level in the second PMOS transistor of each of the page buffers of the first group among the page buffers at a first point in time, thereby performing first sensing and first sensing for the sensing node. 2 Sensing is performed sequentially,
The second PMOS transistor of each of the page buffers of the second group among the page buffers deactivates the second bit line set-up signal to a logic high level at a second time point later than the first time point to the sensing node. A non-volatile memory device that sequentially performs third and fourth sensing.
상기 제어 회로는 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들이 상기 제1 센싱과 상기 제3 센싱을 동시에 수행하고, 상기 제2 센싱과 상기 제4 센싱을 동시에 수행하도록 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들을 제어하는 비휘발성 메모리 장치.According to clause 11,
The control circuit configures the first group of page buffers and the second group of page buffers to simultaneously perform the first sensing and the third sensing, and simultaneously perform the second sensing and the fourth sensing. A non-volatile memory device that controls one group of page buffers and the second group of page buffers.
상기 제어 회로는 상기 제1 센싱과 상기 제2 센싱의 결과에 따라 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 래치에 저장되는 온 셀들의 제1 수와 상기 제3 센싱과 상기 제4 센싱의 결과에 따라 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각에 저장되는 온 셀의 제2 수를 카운팅하고,
상기 제1 수와 상기 제2 수를 비교하여 상기 밸리를 결정하고,
상기 밸리를 결정한 후에 리프레쉬 신호를 상기 제3 엔모스 트랜지스터의 게이트에 인가하여 상기 래치에 저장된 값을 초기화시키는 비휘발성 메모리 장치. According to clause 11,
The control circuit determines a first number of on cells stored in latches of each of the page buffers of the first group according to the results of the first sensing and the second sensing and the results of the third sensing and the fourth sensing. Accordingly, counting a second number of on cells stored in each of the page buffers of the second group,
Determine the valley by comparing the first number and the second number,
A non-volatile memory device that initializes the value stored in the latch by applying a refresh signal to the gate of the third NMOS transistor after determining the valley.
제1 워드라인에 연결되는 상기 선택된 메모리 셀들에 해당하는 제1 메모리 셀들; 및
제2 워드라인에 연결되고, 상기 제1 메모리 셀들 위에 적층되는 제2 메모리 셀들을 포함하는 비휘발성 메모리 장치.The method of claim 1, wherein the memory cell array is
first memory cells corresponding to the selected memory cells connected to a first word line; and
A non-volatile memory device connected to a second word line and including second memory cells stacked on the first memory cells.
페이지 버퍼 회로에서, 복수의 비트라인들을 통하여 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들의 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하는 단계; 및
상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 제2 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 두 번의 센싱 동작의 결과는 상기 복수의 비트라인들에 각각 연결되는 페이지 버퍼들 각각의 하나의 래치에 순차적으로 저장되고,
상기 페이지 버퍼 회로는 상기 복수의 비트라인들 중 제1 그룹의 비트라인들에 연결되는 제1 그룹의 페이지 버퍼들 및 상기 복수의 비트라인들 중 제2 그룹의 비트라인들에 연결되는 제2 그룹의 페이지 버퍼들을 포함하고,
상기 제1 독출 동작은 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들에 의하여 상기 선택된 메모리 셀들의 서로 다른 시작 시점을 가지는 제1 디벨롭 구간과 제2 디벨롭 구간에서 각각 수행되는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.A method of operating a non-volatile memory device including a memory cell array having a plurality of pages, each of the pages having a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. ,
In a page buffer circuit, performing a first read operation including two times of sensing to identify a data state of one of the memory cells selected from among the plurality of memory cells through a plurality of bit lines; and
Comprising a step of performing a second read operation to identify the one data state based on the valley searched according to the result of the first read operation,
The results of the two sensing operations are sequentially stored in one latch of each page buffer connected to each of the plurality of bit lines,
The page buffer circuit includes a first group of page buffers connected to the first group of bit lines among the plurality of bit lines and a second group of page buffers connected to the second group of bit lines among the plurality of bit lines. Contains page buffers of,
The first read operation is performed in a first development period and a second development period having different start points of the selected memory cells by the first group of page buffers and the second group of page buffers, respectively. A method of operating a non-volatile memory device.
상기 제1 독출 동작을 수행하는 단계는
제1 시점에서 시작되는 상기 제1 디벨롭 구간 동안에 적어도, 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들 각각에서 상기 제1 그룹의 비트라인들 각각에 연결되는 센싱 노드에 대한 제1 센싱과 제2 센싱을 순차적으로 수행하는 단계; 및
상기 제1 시점보다 늦은 제2 시점에서 시작되는 상기 제2 디벨롭 구간 동안에 적어도, 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각에서 상기 제2 그룹의 비트라인들 각각에 연결되는 센싱 노드에 대한 제3 센싱과 제4 센싱을 순차적으로 수행하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.According to clause 15,
The step of performing the first read operation is
At least during the first development period starting at a first point in time, first sensing and second sensing for a sensing node connected to each of the bit lines of the first group are sequentially performed in each of the page buffers of the first group. Steps performed as; and
At least during the second development period starting at a second time point later than the first time point, third sensing for a sensing node connected to each of the bit lines of the second group in each of the page buffers of the second group A method of operating a non-volatile memory device including sequentially performing a fourth sensing operation.
상기 제1 센싱과 상기 제3 센싱은 동시에 수행되고,
상기 제2 센싱과 상기 제4 센싱은 동시에 수행되는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.According to clause 16,
The first sensing and the third sensing are performed simultaneously,
A method of operating a non-volatile memory device in which the second sensing and the fourth sensing are performed simultaneously.
상기 제2 센싱의 결과에 따라 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 래치에 저장되는 온 셀들의 제1 수를 카운팅하는 단계;
상기 제4 센싱의 결과에 따라 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들 각각의 래치에 저장되는 온 셀들의 제2 수를 카운팅하는 단계; 및
상기 제1 수와 상기 제2 수를 비교하여 상기 밸리의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.According to clause 16,
Counting a first number of on cells stored in a latch of each of the page buffers of the first group according to a result of the second sensing;
counting a second number of on-cells stored in latches of each of the page buffers of the second group according to a result of the fourth sensing; and
A method of operating a non-volatile memory device comprising comparing the first number and the second number to determine the location of the valley.
상기 비휘발성 메모리 장치를 제어하는 메모리 컨트롤러로부터 커맨드 및 어드레스 응답하여 상기 비휘발성 메모리 장치의 독출 설정을 판단하는 단계;
상기 독출 설정이 노멀 독출 동작을 지시하는 경우에, 복수의 비트라인들을 통하여 상기 메모리 셀 어레이 연결되는 복수의 페이지 버퍼들을 통하여 노멀 독출 조건에 따라 상기 복수의 메모리 셀들 중 선택된 메모리 셀들에 저장된 데이터 비트들을 감지하는 단계; 및
상기 독출 설정이 밸리 탐색 독출 동작을 지시하는 경우에, 상기 복수의 페이지 버퍼들을 통하여 상기 선택된 메모리 셀들에 대하여 온-칩 밸리 서치 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 온-칩 밸리 서치 독출 동작은 상기 문턱 전압 산포들의 밸리를 탐색하고, 상기 탐색된 밸리를 기초로 상기 선택된 메모리 셀들에 저장된 데이터 비트들을 감지하고,
상기 온-칩 밸리 서치 동작을 수행하는 단계는,
상기 선택된 메모리 셀들의 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 두 번의 센싱을 포함하는 제1 독출 동작을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 페이지 버퍼들은 상기 복수의 비트라인들 중 제1 그룹의 비트라인들에 연결되는 제1 그룹의 페이지 버퍼들 및 상기 복수의 비트라인들 중 제2 그룹의 비트라인들에 연결되는 제2 그룹의 페이지 버퍼들을 포함하고,
상기 제1 독출 동작은 상기 제1 그룹의 페이지 버퍼들과 상기 제2 그룹의 페이지 버퍼들에 의하여 상기 선택된 메모리 셀들의 서로 다른 시작 시점을 가지는 제1 디벨롭 구간과 제2 디벨롭 구간에서 각각 수행되는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법. A method of operating a non-volatile memory device including a memory cell array having a plurality of pages, each of the pages having a plurality of memory cells capable of storing a plurality of data bits using a plurality of threshold voltage distributions. ,
determining read settings of the non-volatile memory device in response to commands and addresses from a memory controller that controls the non-volatile memory device;
When the read setting indicates a normal read operation, data bits stored in selected memory cells among the plurality of memory cells are read according to normal read conditions through a plurality of page buffers connected to the memory cell array through a plurality of bit lines. detecting; and
When the read setting indicates a valley search read operation, performing an on-chip valley search read operation on the selected memory cells through the plurality of page buffers, wherein the on-chip valley search read operation is performed. searches for valleys of the threshold voltage distributions and detects data bits stored in the selected memory cells based on the searched valleys,
The step of performing the on-chip valley search operation is:
Performing a first read operation including two sensing to identify one data state of the selected memory cells,
The plurality of page buffers include a first group of page buffers connected to a first group of bit lines among the plurality of bit lines, and a second group of page buffers connected to a second group of bit lines among the plurality of bit lines. Contains the group's page buffers,
The first read operation is performed in a first development period and a second development period having different start points of the selected memory cells by the first group of page buffers and the second group of page buffers, respectively. A method of operating a non-volatile memory device.
상기 제1 독출 동작의 결과에 따라 탐색된 밸리를 기초로 상기 하나의 데이터 상태를 식별하기 위한 제2 독출 동작을 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 두 번의 센싱 동작의 결과는 상기 복수의 비트라인들에 각각 연결되는 상기 복수의 페이지 버퍼들 각각의 복수의 래치들 중 하나의 래치에 순차적으로 저장되는 비휘발성 메모리 장치의 동작 방법.
The method of claim 19, wherein performing the on-chip valley search read operation comprises:
Further comprising performing a second read operation to identify the one data state based on a valley searched according to a result of the first read operation,
A method of operating a non-volatile memory device in which the results of the two sensing operations are sequentially stored in one of a plurality of latches in each of the plurality of page buffers respectively connected to the plurality of bit lines.
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20170235633A1 (en) | 2016-02-17 | 2017-08-17 | Hyunkook Park | Data storage device including read voltage search unit |
US20180204624A1 (en) | 2017-01-13 | 2018-07-19 | Hyun-Jun Yoon | Non-volatile memory device for reading data with optimized read voltage |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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